利用通道反應(yīng)裝置制備有機硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及使用含氫硅烷和不飽和化合物發(fā)生硅氫加成反應(yīng)制備有機硅的方法，更具體的是在催化劑和活化劑條件下，利用通道反應(yīng)裝置制備有機硅的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]利用硅氫加成反應(yīng)工藝制備有機硅產(chǎn)品是已知的，如三氯氫硅和氯丙烯發(fā)生硅氫加成反應(yīng)制備3-氯丙基二氯娃燒，用稀丙胺和燒基燒氧基含氫娃燒制備氨基娃燒如KH-550、KH-540，用烯丙基縮水甘油醚和三甲氧基含氫硅烷制備KH-560，用甲基丙烯酸烯丙酯和三甲氧基含氫硅烷制備KH-570，用乙烯與和烷氧基含氫硅烷制備乙烯基烷氧基硅烷等。該類反應(yīng)表現(xiàn)為明顯的放熱現(xiàn)象，并且原料為含氫硅烷和烯烴類或炔烴類化合物，通常副產(chǎn)物伴有烯烴、氫氣等易燃物質(zhì)產(chǎn)生，這些物質(zhì)均為易燃易爆品，所以對反應(yīng)設(shè)備的熱交換、排氣、防爆等方面要求較高，操作難度大，易發(fā)生安全事故;然后，該反應(yīng)為硅氫加成，除非在極限條件高溫、高壓下，一般都需要加催化劑催化反應(yīng)，反應(yīng)放熱前具有較長時間的誘導(dǎo)期，稍有操作不當(dāng)很容易導(dǎo)致催化失活或不確定的誘導(dǎo)期限，生產(chǎn)穩(wěn)定性差;還有，常規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)幾乎都是在反應(yīng)釜中進行，原料從投入、接觸、混合、反應(yīng)需要很長時間，致使產(chǎn)品的生產(chǎn)周期一般很長，即使是小裝置的生產(chǎn)周期也要幾個小時甚至幾十個小時；另外，該反應(yīng)從實驗室小試到工業(yè)大生產(chǎn)，由于設(shè)備尺寸變化使其具有明顯的放大效應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)產(chǎn)操作困難和轉(zhuǎn)產(chǎn)周期長。
[0004]專利CN101362775、CN101362774、CN101139354和 CNlOl 121727 報道了使用含有原料聚集處、包含至少兩個反應(yīng)器單元的多元反應(yīng)器和產(chǎn)物后處理裝置的這么一套裝置生產(chǎn)有機硅的方法，該裝置至少含有四個單元:混合單元、預(yù)反應(yīng)器和后反應(yīng)器、后處理裝置，裝置流水線長，繁而復(fù)雜，操作不方便。
[0005]通道反應(yīng)裝置已是公開的技術(shù)，近年來發(fā)展較快，得益于其加工技術(shù)的成熟。但是將通道反應(yīng)裝置應(yīng)用于有機硅大工業(yè)生產(chǎn)卻鮮有報道，至少未見其實現(xiàn)真正的大生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是為工業(yè)大生產(chǎn)有機硅提供一種利用通道反應(yīng)裝置制備有機硅的方法，使含氫硅烷和不飽和化合物在催化劑和活化劑條件下利用通道反應(yīng)裝置制備有機硅，解決了大尺寸反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)周期長、不安全、穩(wěn)定性差等問題，還解決了混合、預(yù)反應(yīng)和后反應(yīng)分開在多單元設(shè)備中進行的問題。
[0007]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
本發(fā)明的利用通道反應(yīng)裝置制備有機硅的方法，在主催化劑Z主條件下，將含氫硅烷X和不飽和化合物Y通入通道反應(yīng)裝置中，發(fā)生娃氫加成反應(yīng)制備有機娃，其中:
(I)含氫娃燒X結(jié)構(gòu)通式(a)為:
HaSiRbR'cCld....................(a)式中，R和R’獨立地為CpC16的烷基或烷氧基，a=l、2或3，b、c和d分別獨立地=O、1、2或
3；
(2)不飽和化合物Y為單烯化合物或單炔化合物；
(3)主催化劑Z主為Pt、Pd、Rh、Ru、Cu、Ag、Au或Ir的一元絡(luò)合物或多元絡(luò)合物的一種或幾種混合；
(4)反應(yīng)流接觸到的通道表面是用活化劑Z活處理過的。
[0008]優(yōu)選地，還包括助劑Z助，所述助劑Z助是一種物質(zhì)或幾種助劑的混合;助劑Z助單獨進入通道，或者與原料混合進入通道，或者與主催化劑Z主混合進入通道，或者涂覆在反應(yīng)流接觸到的通道表面。
[OOO9 ] 優(yōu)選地，所述主催化劑Z主為Kar s t e d t催化劑或Sp e i e r催化劑。
[0010]優(yōu)選地，主催化劑Z主單獨進入通道，或者與原料混合進入通道，或者負載在反應(yīng)流接觸到的通道表面，或者涂覆在反應(yīng)流接觸到的通道表面。更優(yōu)選地，主催化劑Z主與原料混合進入通道。
[0011]優(yōu)選地，所述含氫硅烷X指含有至少一個H-Si鍵的化合物，為三氯氫硅、三烷氧基氫硅、烷基烷氧基氫硅、烷基氯氫硅或烷氧基氯氫硅。
[0012]優(yōu)選地，所述含氫硅烷X為三氯氫硅、二氯二氫硅、一氯三氫硅、三甲氧基氫硅、二甲氧基甲基氫硅、二甲基甲氧基氫硅、二甲氧基乙基氫硅、二乙基甲氧基氫硅、三乙氧基氫硅、二乙氧基甲基氫硅、二乙基甲氧基氫硅、二乙氧基乙基氫硅、二乙基乙氧基氫硅、二甲基氯氫硅、甲基二氯氫硅、二乙基氯氫硅、乙基二氯氫硅。
[0013]優(yōu)選地，所述不飽和化合物Y為氯乙烯、3-氯丙烯、烯丙基胺、烯丙基縮水甘油醚、甲基丙烯酸烯丙酯、乙烯、乙炔、丙烯、1-丁烯、異丁烯、1-辛烯、異辛烯、1-十二烯或1-十六稀。
[0014]優(yōu)選地，所述通道反應(yīng)裝置前設(shè)有過濾裝置或通道反應(yīng)裝置具有過濾功能。
[0015]優(yōu)選地，所述活化劑Z活為含N、P或S的物質(zhì)或過碳酸鹽類活化劑的一種或幾種。優(yōu)選地活化劑為有機胺類、氨基硅烷、巰基硅烷、過碳酸鹽，如乙二胺、丙胺、丁胺、吩噻嗪、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巰丙基三甲氧基硅烷、過碳酸鈉等。
[0016]優(yōu)選地，反應(yīng)溫度為O 0C -300 0C。優(yōu)選為1 °C -180 °C，更優(yōu)選為30 °C -120 °C。
[0017]優(yōu)選地，所述含氫娃燒X與不飽和化合物Y摩爾比為1.5:1?1: 1.5。優(yōu)選為1.2:1?1:1.2，更優(yōu)選為 1.05:1?1:1.05。
[0018]優(yōu)選地，含氫硅燒X與主催化劑Z主的摩爾比為1000:1~2000000:1。
[0019]優(yōu)選地，主催化劑社與不飽和化合物Y混合進入通道。
[0020]優(yōu)選地，助劑Z助與主催化劑混合進入通道。
[0021]本發(fā)明方法中所述的通道反應(yīng)裝置的通道尺寸為I微米-數(shù)厘米的通道，較佳的是，本發(fā)明在等價直徑在100微米-1厘米的通道反應(yīng)裝置中進行。
[0022]本發(fā)明方法中所述的通道反應(yīng)裝置的通道具有夾套熱交換裝置，可以使通道內(nèi)的反應(yīng)流溫度穩(wěn)定在期望的范圍內(nèi)。
[0023]本發(fā)明方法中所述的通道反應(yīng)裝置具有不少于一個的反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)通道通常都具有微結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)是為了提高反應(yīng)流的混合和碰撞幾率，而對通道進行特殊加工，例如通道具有內(nèi)構(gòu)件或者通道以不同形式延伸或者與反應(yīng)物接觸到的通道表面具有缺陷等。通道反應(yīng)裝置還可以有其他區(qū)，例如過濾區(qū)、預(yù)熱區(qū)、預(yù)混區(qū)，這些區(qū)域具有至少一種功能。通道反應(yīng)裝置還可以有其他功能，例如過濾功能、預(yù)熱功能、預(yù)混功能，這些功能可以分別在一個區(qū)域中實現(xiàn)，也可以在一個區(qū)域中實現(xiàn)至少兩種以上的功能。
[0024]本發(fā)明方法中所述反應(yīng)在單個通道反應(yīng)裝置或者串聯(lián)或者并聯(lián)的多個通道反應(yīng)裝置中進行。所述裝置通道具有不同形式的橫截面，例如圓形、橢圓形、四邊形、多邊形、心形等形狀。通道的折算(等價)直徑可以為I微米-數(shù)厘米，優(yōu)選在100微米-1厘米，更優(yōu)選在I毫米-10毫米。所述裝置通道的長度，理論上為使反應(yīng)進行到產(chǎn)物濃度幾乎不變，一般在I厘米-數(shù)百米，優(yōu)選在數(shù)米-數(shù)十米。
[0025]本發(fā)明方法中所述的含氫硅烷和產(chǎn)品有機硅均對水、濕氣敏感，嚴重情況會產(chǎn)生固體渣子堵塞管道影響生產(chǎn)，為了避免不必要的停工期，所以在通道反應(yīng)裝置前有過濾裝置或通道反應(yīng)裝置具有過濾功能，優(yōu)選在通道反應(yīng)裝置前有過濾裝置。
[0026]本發(fā)明方法中所述的含氫硅烷和不飽和化合物可以在其他裝置中混合后進入上述通道反應(yīng)，也可以分別進入上述通道裝置中混合反應(yīng)，這里的其他裝置是指具有混合功能的大尺寸的設(shè)備或者微反應(yīng)器或通道裝置。本發(fā)明的通道裝置具有混合功能的微結(jié)構(gòu)，所以原料含氫硅烷和不飽和化合物可以直接進入通道裝置中反應(yīng)，不需要提前預(yù)混合。
[0027]本發(fā)明方法中，原料可以在其他裝置中預(yù)熱后，進入上述通道裝置中混合反應(yīng)。
[0028]本發(fā)明方法中，反應(yīng)為硅氫加成反應(yīng)，硅氫加成反應(yīng)可以在極限條件高溫、高壓下進行，或在光催化下進行，或在催化劑條件下進行。所以，利用通道反應(yīng)裝置進行硅氫加成反應(yīng)合成有機硅產(chǎn)品，至少有三種方法:(I)通道反應(yīng)裝置可以耐高溫、高壓，一般至少300°C、100公斤以上壓力，采用該極限條件制備有機硅；(2)通道反應(yīng)裝置可以提供光催化條件，如具有光催化功能的通道反應(yīng)裝置，采用光催化制備有機硅;(3)在催化劑條件下，利用通道反應(yīng)裝置制備有機硅。本發(fā)明采用第三種方法，優(yōu)選在有主催化劑和活化劑條件下制備硅烷。
[0029]本發(fā)明方法，可以特別有利地但不僅僅是制備以下特定有機硅產(chǎn)品:
烷基硅烷、氯烴基硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基硅烷等，如3-氯丙基三氯硅烷、3-(2，3_環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷、異丁基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷。
[0030]本發(fā)明方法中所述的助劑Z助有提尚活性、提尚選擇性、提尚反應(yīng)速率等作用，優(yōu)選地有溶劑或稀釋劑，如乙醇、異丙醇、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、正己烷、乙酰丙酮等。
[0031]本發(fā)明方法利用通道反應(yīng)裝置進行硅氫加成，接觸到反應(yīng)流的通道表面用活化劑處理過后，對反應(yīng)有很好的促進作用，尤其是對催化劑失活和誘導(dǎo)期不穩(wěn)定有很好的消減作用，能夠使生產(chǎn)平穩(wěn)運行。反應(yīng)流接觸到的通道表面，用含N、P或S的物質(zhì)或過碳酸鹽類活化劑處理過后，硅氫加成能很好穩(wěn)定運行，優(yōu)選地活化劑為有機胺類、偶氮化合物、過氧化合物、硅烷偶聯(lián)劑，如乙二胺、丙胺、丁胺、吩噻嘆、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巰基三甲氧基硅烷、過碳酸鈉等。
[0032]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點